CN113433600B - 一种重力仪安装误差角标定方法 - Google Patents
一种重力仪安装误差角标定方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种重力仪安装误差角标定方法，步骤为：1、进行标定测试前的准备工作；2、调整调平支架改变重力仪倾斜角度，记录下在三个X轴角度位置对应的敏感器输出电压值VXi，i＝1,2,3；3、计算出X轴方向安装误差角θX；4、重复步骤2和3测量N次,N≥5，计算出X轴方向平均安装误差角
5、调整调平支架改变重力仪倾斜角度，记录下三个Y轴角度位置对应的敏感器输出电压值VYi，i＝1,2,3；6、计算出Y轴方向安装误差角θY；7、重复步骤5和6测量N次,N≥5，计算出Y轴方向平均安装误差角
本发明可以快速测量并计算出重力仪安装误差角。
Description
技术领域
本发明属于重力加速度测量仪器领域，具体涉及一种重力仪安装误差角标定方法。
背景技术
重力加速度g是一个基本的地球物理学常数，但会随地形地质、海拔高度、月球位置等因素影响而变化，准确测量重力加速度在地球科学、资源勘探乃至国防建设等领域都具有十分重要的意义。测量重力加速度的专用设备叫做重力仪，为了准确测量出重力加速度的值，需要重力仪的敏感轴方向和重力加速度g的方向尽可能一致。但重力仪的重力敏感元件(亦称探头)是安装在重力仪内部的，由于零件加工精度和安装误差的原因，重力仪竖直调平后位置方向与重力敏感轴方向之间存在误差角度，行业内称之为安装误差角。安装误差角的存在会对重力仪标度因数(或格值)和初始零位产生较大影响，从而带来系统误差，降低重力仪测量精度。
为解决这一问题，需要准确测量出重力仪的安装误差角并补偿进重力仪调平环节的初始角度值中，实现重力仪工作状态时其敏感轴方向与重力加速度方向重合。本发明提出了一种简单易行的重力仪安装误差角标定方法，可以快速测量并计算出重力仪安装误差角，方便、简单且测量精度高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种简单易行的重力仪安装误差角标定方法，可以快速测量并计算出重力仪安装误差角，用于补偿测量误差，从而可提高重力仪测量精度。
本发明的上述目的通过如下技术方案来实现:
一种重力仪安装误差角标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、进行标定测试前的准备工作：将重力仪探头和倾斜传感器固定在一起，共同紧固在重力仪机箱内部，重力仪安装在调平支架上，其倾斜角度可随调平支架改变，倾斜传感器用于实时测量出重力仪的倾斜角度；在重力仪安装后，启动重力仪，观察重力值输出稳定后，开始标定测试；
步骤二：调整调平支架改变重力仪倾斜角度，使与重力仪探头固定在一起的倾斜传感器输出值满足：X轴读数分别为α1、α2、α3，其中α2＝0°±0.001°，α1和α3的读数绝对值相等，一个为正值，一个为负值，α1和α3的精度均为±0.001°；Y轴读数为β∈(-0.001°，0.001°)；待敏感器输出稳定后，记录下在每个X轴角度位置对应的敏感器输出电压值VXi，i＝1,2,3；
步骤三：计算出X轴方向安装误差角θX，具体公式为；
步骤四：重复步骤二和步骤三测量N次,N≥5，计算出X轴方向平均安装误差角
具体公式为
步骤五：调整调平支架改变重力仪倾斜角度，使与重力仪探头固定在一起的倾斜传感器输出值满足：X轴读数α∈(-0.001°，0.001°)，Y轴读数分别为β1、β2和β3，β2＝0°±0.001°，β1和β3读数绝对值相等，一个为正值，一个为负值，β1和β3的精度均为±0.001°，待敏感器输出稳定后；记录下每个Y轴角度位置对应的敏感器输出电压值VYi，i＝1,2,3；
步骤六：计算出Y轴方向安装误差角θY具体公式为；
步骤七：重复步骤五和步骤六测量N次，N≥5，计算出Y轴方向平均安装误差角
具体公式为：
进一步的：步骤二中α1和α3的读数值分别为：α1＝-2.5°±0.001°和α3＝2.5°±0.001°。
进一步的：步骤四中重复次数为7次。
进一步的：步骤五中β1和β3的读数值分别为：β1＝-2.5°±0.001°和β3＝2.5°±0.001°。
进一步的：步骤七中重复次数为7次。
本发明具有的优点和积极效果：
本发明提出的重力仪安装误差角标定方法，可以快速测量并计算出重力仪安装误差角，无需额外仪器设备辅助，方便、简单且测量精度高。不受探头原理局限，可广泛应用于各款重力仪。
附图说明
图1重力仪安装结构示意图
图2重力仪坐标轴、误差角计算模型图。
具体实施方式
以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。
本实施例的结构如图1所示，重力仪探头1和倾斜传感器2固定在一起，共同紧固在重力仪机箱3内部，重力仪安装在调平支架4上，其倾斜角度可随调平支架改变，倾斜传感器可以实时测量出重力仪的倾斜角度。
重力仪敏感轴、水平面坐标轴和安装误差角的计算模型如图2所示，定义X轴和Y轴与倾斜传感器X、Y轴重合，处于水平面上且相互垂直，Z轴与重力加速度g共线但方向相反，重力仪敏感轴与X轴和Y轴间误差角分别为θX和θY，也就是重力仪的安装误差角。
标定测试时：
首先正常安装和启动重力仪，观察重力值输出稳定后，开始标定测试；然后调整调平支架改变重力仪倾斜角度，使倾斜传感器输出值满足：X轴读数分别为α1、α2、α3，其中α2＝0°±0.001°，α1和α3的读数绝对值相等，一个为正值，一个为负值，α1和α3的精度均为±0.001°；Y轴读数为β∈(-0.001°，0.001°)。在本实施例中，α1和α3的读数值分别优选为：α1＝-2.5°±0.001°和α3＝2.5°±0.001°。待敏感器输出稳定后记录下每个角度位置敏感器输出电压值VXi，i＝1,2,3。
重力敏感器输出电压VXi与安装误差角θX满足以下关系：
VXi＝K[g0-(g-gcos(θX+αi))]
式中：
K——重力仪标度因数；
g0——重力仪初始重力输出(亦称零位偏值)；
g——标定位置处的重力加速度值；
αi——标定过程中倾斜传感器X轴倾斜输出值。
对连续两个不同倾斜角度下敏感器输出值作差，得到敏感器输出变化量ΔVXi为：
上式中包含重力仪标度因数K和安装误差角θX两个变量，需要联立两个方程求解，因此通过连续测量三个不同倾斜角度下敏感器输出值VX1、VX2和VX3，得到两个敏感器输出变化量ΔVX2和ΔVX3，二者相除，得到：
由此得到重力仪X轴方向安装误差角θX计算公式为：
重复测量N次求平均值，N≥5，在本实施例中，N取7，得到X轴方向平均安装误差角
为：
同理，调整调平支架改变重力仪倾斜角度，使倾斜传感器输出值满足：X轴读数α∈(-0.001°，0.001°)，Y轴读数分别为Y轴读数分别为β1、β2和β3，β2＝0°±0.001°，β1和β3读数绝对值相等，一个为正值，一个为负值，β1和β3的精度均为±0.001°。在本实施例中，β1和β3的读数值分别优选为：β1＝-2.5°±0.001°和β3＝2.5°±0.001°。待敏感器输出稳定后记录下每个角度位置敏感器输出电压值VYi，i＝1,2,3；可以得到重力仪Y轴方向安装误差角θY和Y轴方向平均安装误差角
具体公式为：
由此，标定出重力仪X、Y轴方向安装误差角，分别补偿进重力仪调平环节的初始角度值中，可令重力仪工作状态时敏感轴方向与重力加速度方向重合。
上述X轴和Y轴倾斜角度αi和βi并不局限于上述的几个值，可以是重力仪正常工作范围内的任意合适角度。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。
Claims (5)
1.一种重力仪安装误差角标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、进行标定测试前的准备工作，具体为：将重力仪探头和倾斜传感器固定在一起，共同紧固在重力仪机箱内部，重力仪安装在调平支架上，其倾斜角度可随调平支架改变，倾斜传感器用于实时测量出重力仪的倾斜角度；在重力仪安装后，启动重力仪，观察重力值输出稳定后，开始标定测试；
步骤二：调整调平支架改变重力仪倾斜角度，使与重力仪探头固定在一起的倾斜传感器输出值满足：X轴读数分别为α1、α2、α3，其中α2＝0°±0.001°，α1和α3的读数绝对值相等，一个为正值，一个为负值，α1和α3的精度均为±0.001°，Y轴读数为β∈(-0.001°，0.001°)；待敏感器输出稳定后，记录下在每个X轴角度位置对应的敏感器输出电压值VXi，i＝1,2,3；
步骤三：计算出X轴方向安装误差角θX，具体公式为；
步骤四：重复步骤二和步骤三测量N次,N≥5，计算出X轴方向平均安装误差角
具体公式为：
步骤五：调整调平支架改变重力仪倾斜角度，使与重力仪探头固定在一起的倾斜传感器输出值满足：X轴读数α∈(-0.001°，0.001°)，Y轴读数分别为β1、β2和β3，β2＝0°±0.001°，β1和β3读数绝对值相等，一个为正值，一个为负值，β1和β3的精度均为±0.001°，待敏感器输出稳定后；记录下每个Y轴角度位置对应的敏感器输出电压值VYi，i＝1,2,3；
步骤六：计算出Y轴方向安装误差角θY，具体公式为；
步骤七：重复步骤五和步骤六测量N次,N≥5，计算出Y轴方向平均安装误差角
具体公式为：
2.根据权利要求1所述的重力仪安装误差角标定方法，其特征在于：α1和α3的读数值分别为：α1＝-2.5°±0.001°和α3＝2.5°±0.001°。
3.根据权利要求1所述的重力仪安装误差角标定方法，其特征在于：步骤四中重复次数为7次。
4.根据权利要求1所述的重力仪安装误差角标定方法，其特征在于：步骤五中β1和β3的读数值分别为：β1＝-2.5°±0.001°和β3＝2.5°±0.001°。
5.根据权利要求1所述的重力仪安装误差角标定方法，其特征在于：步骤七中重复次数为7次。
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